Trójwartościowe elektrolity chromowe: wybór anod

W przypadku trójwartościowych elektrolitów chromowych panują inne warunki chemiczne i elektrochemiczne niż w klasycznych kąpielach chromowych sześciowartościowych. Dlatego anody muszą być dobrane w taki sposób, aby nie zakłócały składu kąpieli i nie powodowały powstawania substancji niebezpiecznych dla zdrowia.

Dlaczego nie stosuje się anody chromowej w elektrolitach trójwartościowych?

1. Zachowanie rozpuszczania chromu
   W kąpielach trójwartościowych chrom występuje już w stanie utlenienia +III, który jest stosunkowo stabilny. Anoda chromowa mogłaby jednak prowadzić do niekontrolowanego utlenienia do chromu(VI):
   • Chrom(VI) (sześciowartościowy) jest wysoce toksyczny i rakotwórczy. Nawet niewielkie ilości w kąpieli stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia i środowiska.
     
     
2. Stabilność kąpieli
   Kąpiele trójwartościowe są specjalnie zaprojektowane tak, aby zawierały możliwie mało lub w ogóle nie zawierały Cr(VI). Anoda chromowa zaburzyłaby tę równowagę, ponieważ podczas utleniania elektrochemicznego może powstawać Cr(VI). Pogarsza to jakość osadzania i niesie poważne zagrożenia.
   
   
3. Praktyka: anody obojętne lub specjalne
   
   • Anody platynowe lub irydowe są bardzo dobrymi anodami obojętnymi, ponieważ są wyjątkowo odporne na działanie elektrolitu i praktycznie nie oddają materiału. Są jednak kosztowne.
   • Anody grafitowe są również często stosowane, lecz mogą oddawać drobne cząstki grafitu do kąpieli (erozja/ścieranie). Mogą one osadzać się na powierzchni elementu i powodować ciemne osady.

Dlaczego anoda aluminiowa jest dopuszczalna?

1. Ochronna warstwa tlenkowa (pasywacja)
   Aluminium tworzy na swojej powierzchni zwartą warstwę tlenku glinu (Al₂O₃). Warstwa ta pasywuje metal i znacznie ogranicza rozpuszczanie jonów aluminium do kąpieli.
   
   
2. Niewielkie zakłócenie chemii kąpieli
   Przy typowych wartościach napięcia i pH w trójwartościowych elektrolitach chromowych aluminium zachowuje się w dużej mierze pasywnie. Do elektrolitu przedostaje się tylko niewielka ilość jonów Al³⁺, co sprawia, że skład i pH kąpieli są praktycznie niezmienione.
   
   
3. Aluminium się rozpuszcza, ale nie osadza
   Chociaż pewna ilość aluminium faktycznie przechodzi do kąpieli w postaci Al³⁺, to praktycznie nie osadza się ono jako warstwa metaliczna z roztworu wodnego.
   • Osadzanie aluminium z roztworów wodnych jest termodynamicznie bardzo trudne, ponieważ woda ulega redukcji znacznie łatwiej (wydzielanie wodoru).
   • Dlatego na elementach nie powstaje niepożądana powłoka aluminiowa.
     
     
4. Dostępność i koszty
   Aluminium jest tanie, łatwe w obróbce i – o ile pasywacja działa niezawodnie – praktycznym materiałem anodowym do kąpieli trójwartościowych chromowych.

Wniosek

• Anoda chromowa w kąpielach trójwartościowych prowadziłaby do niepożądanego powstawania Cr(VI), który jest wysoce niebezpieczny dla zdrowia.
• Anody aluminiowe są dopuszczalne dzięki ochronnej warstwie tlenkowej, ponieważ praktycznie nie zanieczyszczają elektrolitu i nie powodują powstawania toksycznych produktów ubocznych.
• Anody platynowe i irydowe uważane są za bardzo trwałe anody obojętne, lecz są kosztowne.
• Anody grafitowe są tańsze, ale mogą uwalniać cząstki grafitu, co może powodować ciemne osady.